近日，廣東致能科技團隊與西安電子科技大學(xué)廣州研究院/廣州第三代半導(dǎo)體創(chuàng)新中心郝躍院士、張進成教授團隊等等合作攻關(guān)，通過采用廣東致能科技有限公司的薄緩沖層AlGaN / GaN外延片，基于廣州第三代半導(dǎo)體創(chuàng)新中心中試平臺，成功在6英寸藍(lán)寶石襯底上實現(xiàn)了1700V GaN HEMTs器件。
相關(guān)研究成果于2024年1月發(fā)表于IEEE Electron Device Letters期刊。X. Li et al., “1700 V High-Performance GaN HEMTs on 6-inch Sapphire With 1.5 μm Thin Buffer,” IEEE Electron Device Lett., vol. 45, no. 1, pp. 84–87, Jan. 2024, doi: 10.1109/LED.2023.3335393.
圖1：150mm GaN HEMT器件及外延結(jié)構(gòu)圖
實現(xiàn)這一器件所采用的GaN外延材料結(jié)構(gòu)包括1.5μm薄層緩沖層和AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。該外延結(jié)構(gòu)由廣東致能團隊通過MOCVD方法在6英寸藍(lán)寶石襯底上外延實現(xiàn)，其外延結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.5 μm的GaN緩沖層具有良好的晶體質(zhì)量和均勻性，晶圓級方塊電阻R□中值為342Ω /□，不均勻度為1.9 %。得益于絕緣的藍(lán)寶石襯底，緩沖層垂直漏電通道被切斷，外延/襯底界面處的橫向寄生通道也被顯著抑制。制備的LGD為30 μm的d – mode HEMT器件具有超過3000 V的高阻斷電壓（如圖2）和17Ω·mm的低導(dǎo)通電阻。
藍(lán)寶石上的薄緩沖層GaN技術(shù)可以顯著降低外延和加工難度，降低成本，使GaN成為1700 V甚至更高電平應(yīng)用的有力競爭者。
圖2：GaN HEMT器件耐壓特性以及HTRB結(jié)果
藍(lán)寶石襯底上高性能GaN HEMTs的成功展示和評估為即將到來的1700 V商用GaN器件提供了一個非常有前景的選擇。1.5 μm的薄緩沖層表現(xiàn)出非常高的均勻性、出色的耐壓能力和可忽略不計的電流崩塌。制備的GaN HEMT器件在3000 V以上兼顧了低RON和高VBD，并通過1700 V的長期HTRB應(yīng)力初步驗證了其魯棒性。
此外，高均勻性、廉價襯底、簡單外延等優(yōu)勢勢必會加速降低成本，推動GaN HEMT走向更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。
來源：西安電子科技大學(xué)廣州研究院/廣州第三代半導(dǎo)體創(chuàng)新中心、致能科技
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